CN112179929B - 一种消除扭矩的在超高真空系统中固定样品托的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种消除扭矩的在超高真空系统中固定样品托的装置，属于超高真空固定样品托设计领域。包括磁力杆、线性驱动器、机械手模块；固定样品托的两颗螺钉具有相反的螺纹，通过机械手模块的反向同时旋转带动样品托上两颗螺钉的同时紧固，通过线性驱动器的移动，使得机械手模块能够实现前进后退的可调控性，从而可以在超高真空系统中在固定样品托的同时也消除了扭矩。本发明具有实用性、独立性，符合超高真空系统传动部件设计要求。

Description

一种消除扭矩的在超高真空系统中固定样品托的装置
技术领域
本发明属于超高真空固定样品托设计领域，具体涉及一种消除扭矩的在超高真空系统中固定样品托的装置，其为在超高真空环境中，用于固定样品托的同时又可以消除扭矩的装置。
背景技术
在超高真空中将样品托固定于样品架上是光谱能谱类谱学实验一个重要的实验操作。当样品托在超高真空中插入样品架的卡槽后，需要拧上下两颗螺钉将其固定在卡槽中，并且这种固定方式可以加强样品托和样品架冷头之间的热接触，使得样品托可以达到更低的温度。在量子功能材料及凝聚态物理的研究领域中，低温和超高真空尤其重要。以角分辨光电子能谱为例，一般需要液氦温度和10-11mbar量级的真空。目前现有技术中，固定样品托需要单独拧紧上螺钉后再单独拧紧下螺钉，但是单独旋转其中一个螺钉，将会把扭矩传到样品卡槽及其附近的构造中，有可能使其变形甚至损伤某些脆弱的地方，可能会给样品托带来应力等，对样品托上面的样品带来一定的影响。因此在超高真空中固定样品托的同时消除扭矩是亟待解决的问题。
我们设计了一种消除扭矩的在超高真空系统中固定样品托的装置。该装置通过同时反向旋转具有相反螺纹的两颗螺钉，同时拧紧上下两颗螺钉，既可以实现对超高真空中样品托的固定，也可以消除单独旋转一颗螺钉带来的扭矩，因此，对于超高真空谱学研究具有重要意义。
发明内容
本发明要解决技术问题为：克服现有技术的局限与不足，提供一种消除扭矩的在超高真空系统中固定样品托的装置。该装置可以与商业样品架配合使用，通过简单易行的操作，能够在超高真空中固定样品托的同时消除扭矩。
本发明采用的技术方案为：一种消除扭矩的在超高真空系统中固定样品托的装置，该装置由磁力杆、线性驱动器以及机械手模块组成，其中，所述机械手模块包括第一六角扳手，第二六角扳手，第一圆杆，第二圆杆，卡环，轴承，固定块，第一固定杆，第二固定杆，第一正齿轮，第二正齿轮和双孔销，六角扳手与圆杆之间通过焊接连接，正齿轮、轴承和圆杆之间通过卡环固定，固定块与轴承之间通过焊接连接为一体，两个轴承等距分布在固定块上，构成一组固定块，两组固定块等距分布在正齿轮两侧，两根圆杆由此得以固定，磁力杆和机械手模块第一圆杆通过双孔销固定。在磁力杆法兰接口内侧取两个凹点，将所述两根固定杆一端与磁力杆法兰接口内侧两个凹点焊接在一起，两根固定杆的另一端分别穿过两组固定块边界孔洞并焊接在一起，保证固定块在圆杆转动时不会转动，同时第一、第二固定杆不会接触正齿轮，不影响齿轮的转动，两组固定块由此得以固定。转动磁力杆带动第一正齿轮旋转，第一正齿轮带动第二正齿轮沿相反方向旋转，即旋转磁力杆时两个齿轮会向相反方向旋转，带动两根圆杆和前端的六角扳手沿相反方向转动。通过线性驱动器使整个机械手模块前后移动，实现机械手模块前后平移，调节与样品托之间的前后距离；样品托紧固模块包括正螺纹内六角螺钉，逆螺纹内六角螺钉，样品托以及卡槽，两个螺钉具有相反的螺纹，样品托插入样品架的卡槽中，使用两颗相反螺纹的螺钉固定，可以通过线性驱动器将机械手模块前端两个六角扳手插入两颗内六角螺钉中，通过旋转磁力杆带动机械手相对转动，反向旋转两颗螺钉，实现紧固样品托的同时消除了扭矩。
其中，通过机械手的相对转动和相反螺纹螺钉的配合，同时紧固或者拧松固定样品托的两颗螺钉，相对于逐一紧固螺钉带来扭矩，此种情况下会自动相互抵消扭矩，从而不会影响到样品架的其他部位；在不需要使用时，通过线性驱动器使机械手模块退回至合适的位置，在下次拧松或紧固样品托时再通过线性驱动器推至紧固螺钉位置。
本发明的原理在于：本发明主要用于在超高真空情况下对样品托固定的同时消除扭矩，对于不带来额外影响的样品托的固定提供了简单可行的方案，该装置由磁力杆、线性驱动器以及机械手模块组成。该装置可以与商业样品架配合使用。该装置主要在于固定样品托的两颗螺钉具有相反的螺纹，通过机械手模块的反向同时旋转带动样品托上两颗螺钉的同时紧固，通过线性驱动器的移动，使得机械手模块能够实现前进后退的可调控性，从而可以在超高真空系统中在固定样品托的同时也消除了扭矩。
本发明与现有技术的优点在于：
1)本发明可以同时反向旋转具有相反螺纹的两颗螺钉，同时拧紧上下两颗螺钉，既可以实现对超高真空中样品托的固定，也可以消除单独旋转一颗螺钉带来的扭矩，对于超高真空谱学研究具有独特的优势。
2)本发明具有实用性、独立性，设计简单，成本较低。
3)本发明中机械手模块通过线性驱动器在真空环境中实现前进和后退，不限制原有样品架活动范围。
附图说明
图1是本发明一种消除扭矩的在超高真空系统中固定样品托的装置，图1中a部分为磁力杆，图1中b部分为线性驱动器，图1中c部分为机械手模块。
图2是本发明机械手模块组装示意图，图2(a)为机械手部分，其中，1为第一六角扳手，2为第二六角扳手，3为第一圆杆，4为第二圆杆，5为卡环，6为轴承，7为固定块，8为第一固定杆，9为第二固定杆，10为第一正齿轮，11为第二正齿轮，12为双孔销。图2(b)为样品托紧固模块，其中，13为正螺纹内六角螺钉，14为逆螺纹内六角螺钉，15为样品托，16为卡槽。
图3是本发明一种消除扭矩的在超高真空系统中固定样品托的装置剖面图。
具体实施方式
在以下描述中，出于解释的目的，有些细节被提出以提供对本发明的全面理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的，采用本发明的某些或全部特征可以实施本发明，不需要某些特定细节也可以实施本发明。在其他情况下，以框图的形式显示公知的结构和设备以防止晦涩本发明的基本原则。
应当理解，图1到图3仅仅是示意性的并且可以不按比例绘制。
本发明设计了一种消除扭矩的在超高真空系统中固定样品托的装置，下面结合附图，本发明的具体实施方式作详细的描述：
图1是本发明一种消除扭矩的在超高真空系统中固定样品托的装置示意图。由磁力杆、线性驱动器和机械手模块三部分组成。
图2是本发明所述机械手模块组装示意图。第一六角扳手1与第一圆杆3、第二六角扳手2与第二圆杆4之间分别通过焊接连接，轴承6和第一圆杆3之间通过卡环5固定，第一正齿轮10与第一圆杆3之间、第二正齿轮11与第二圆杆4之间也分别通过卡环固定，固定块7与轴承6之间通过焊接连接为一体，两个轴承等距分布在固定块7上，构成一组固定块，两组固定块等距分布在正齿轮两侧，两根圆杆由此得以固定，所述磁力杆和机械手模块第一圆杆3通过双孔销12固定。转动磁力杆带动第一正齿轮10旋转，第一正齿轮10带动第二正齿轮11沿相反方向旋转，即旋转磁力杆时两个齿轮会向相反方向旋转，带动两根圆杆和前端的六角扳手沿相反方向转动。通过线性驱动器使整个机械手模块前后移动，实现机械手模块前后平移，调节与样品托之间的前后距离，在不需要使用时，通过线性驱动器使机械手模块退回至合适的位置，在下次拧松或紧固样品托时再通过线性驱动器推至紧固螺钉位置。样品托紧固模块中，正螺纹内六角螺钉13和逆螺纹内六角螺钉14具有相反的螺纹，样品托15插入样品架的卡槽16中，使用两颗相反螺纹的螺钉固定，可以通过线性驱动器将机械手模块前端两个六角扳手插入两颗内六角螺钉中，通过旋转磁力杆带动机械手相对转动，反向旋转两颗螺钉，实现紧固样品托的同时消除了扭矩。
其中，所述线性驱动器的一侧法兰接口用于连接磁力杆的法兰接口，另一侧法兰接口方便与实验仪器腔体连接，同时能保证整个装置处于超高真空的环境下。
图3是本发明一种消除扭矩的在超高真空系统中固定样品托的装置剖面图。在磁力杆法兰接口内侧取两个凹点，将所述两根固定杆与磁力杆法兰接口内侧两个凹点焊接在一起，两根固定杆的另一端分别穿过两组固定块边界孔洞并焊接在一起，两组固定块由此得以固定，保证固定块在圆杆转动时不会转动，同时第一、第二固定杆不会接触正齿轮，不影响齿轮的转动。
本发明未详细阐述的部分属于本领域的公知技术。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围，这些变化是显而易见，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (3)

1.一种消除扭矩的在超高真空系统中固定样品托的装置，其特征在于，所述装置包括磁力杆、线性驱动器以及机械手模块；
所述机械手模块包括第一六角扳手(1)，第二六角扳手(2)，第一圆杆(3)，第二圆杆(4)，卡环(5)，轴承(6)，固定块(7)，第一固定杆(8)，第二固定杆(9)，第一正齿轮(10)，第二正齿轮(11)和双孔销(12)；
所述第一六角扳手(1)、第二六角扳手(2)为316不锈钢材质，第一六角扳手(1)与第一圆杆(3)、第二六角扳手(2)与第二圆杆(4)之间分别通过焊接连接，所述轴承(6)和第一圆杆(3)之间通过卡环(5)固定，所述第一正齿轮(10)与第一圆杆(3)之间、第二正齿轮(11)与第二圆杆(4)之间也分别通过卡环固定，固定块(7)与轴承(6)之间通过焊接连接为一体，两个轴承等距分布在固定块(7)上，构成一组固定块，两组固定块等距分布在正齿轮两侧，两根圆杆由此得以固定，所述磁力杆和机械手模块的第一圆杆(3)通过双孔销(12)固定，转动磁力杆带动第一正齿轮(10)旋转，第一正齿轮(10)带动第二正齿轮(11)沿相反方向旋转，即旋转磁力杆时两个齿轮会向相反方向旋转，带动两根圆杆和前端的六角扳手沿相反方向转动，在磁力杆法兰接口内侧取两个凹点，将所述第一固定杆(8)、第二固定杆(9)与磁力杆法兰接口内侧两个凹点焊接在一起，两根固定杆的另一端分别穿过两组固定块边界孔洞并焊接在一起，两组固定块由此得以固定，保证固定块在圆杆转动时不会转动，同时第一、第二固定杆不会接触正齿轮，不影响齿轮的转动，通过线性驱动器使整个机械手模块前后移动，实现机械手模块前后平移，调节与样品托紧固模块之间的前后距离。
2.根据权利要求1所述的消除扭矩的在超高真空系统中固定样品托的装置，其特征在于，所述样品托紧固模块包括正螺纹内六角螺钉(13)，逆螺纹内六角螺钉(14)，样品托(15)以及卡槽(16)，所述样品托紧固模块为铜金属材质；
所述正螺纹内六角螺钉(13)和逆螺纹内六角螺钉(14)具有相反的螺纹，所述样品托(15)插入样品架的卡槽(16)中，使用两颗相反螺纹的螺钉固定，通过线性驱动器将机械手模块前端两个六角扳手插入两颗内六角螺钉中，通过旋转磁力杆带动机械手相对转动，反向旋转两颗螺钉，实现紧固样品托的同时消除了扭矩。
3.根据权利要求1所述的消除扭矩的在超高真空系统中固定样品托的装置，其特征在于，通过所述机械手的相对转动和相反螺纹螺钉的配合，同时紧固或者拧松固定样品托的两颗螺钉，相对于逐一紧固螺钉带来扭矩，此种情况下会自动相互抵消扭矩，从而不会影响到样品架的其他部位；在不需要使用时，通过所述线性驱动器使机械手模块退回至合适的位置，在下次拧松或紧固样品托时再通过线性驱动器推至紧固螺钉位置。
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